JP3909109B2 - 内燃機関のための燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体の孔内で軸方向の摺動可能な弁部材を備えており、該弁部材は、内燃機関の燃焼室に向けられた端部で円錐形の弁シール面を有していて、該弁シール面で、弁体の孔の、燃焼室側の閉鎖した端部に設けられた円錐形の弁座面と協働するようになっており、弁シール面の円錐形角度と弁座面の円錐形角度との間に当接角度差若しくは座角差(Sitz-winkeldifferenz)が存在し、この当接角度差によって、弁部材と弁体との間に環状の座部縁部が形成されていて、また下流側で座部縁部に続く弁座面の領域内で少なくとも１つの噴射開口が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式のドイツ連邦共和国特許第４３０３８１３号明細書により公知の燃料噴射弁においては、ピストン状の弁部材が軸方向で摺動可能に弁体の弁孔内でガイドされている。この場合、弁部材は、その燃焼室側の端部で円錐形の弁シール面を有しており、この弁シール面で、弁体に設けられた円錐形の弁座面と協働する。この弁座面は、閉鎖した弁孔の、内部に突入する端部に形成されている。円錐形の弁シール面と座面との間の当接角度差によって、弁部材に座部縁部が形成され、この座部縁部は、閉鎖した噴射弁において、上流側に隣接する圧力室をシールする。この座部縁部から下流側に、燃料を供給しようとする内燃機関の燃焼室内に開口する少なくとも１つの噴射開口が、弁体の壁部に設けられており、この噴射開口は弁座面から延びている。この場合、いわゆる「座面孔式ノズル"Sitzlochduesen"構造」の公知の燃料噴射弁においては、弁部材の弁シール面と弁体の座面との間に設けられた当接角度差が、非常に小さい値（約０．１５゜〜１．２５゜）を有しており、これによって、座部領域における弁体及び／又は弁部材の表面が非扁平である場合に、弁部材は環状の座部縁部の直径を正確にシールすることができず、弁部材と弁体との間の偶然に生じる接触ラインをシールすることになる。このような接触ライン及びひいては、円錐形の弁部材面において開放方向に働く液圧式の圧力作用面（噴射弁の開放圧力を共に規定する）は、不都合な形式で、弁ばねの一定の戻し力において弁部材の回動位置に基づいて変化することができる。座部領域における弁部材及び弁体の偶然的な表面特性による、接触ラインの変化から、許容される調節公差よりも大きい、噴射弁の開放圧の変化が生じる。これによって、製造コストが高くなり、多くの調節後作業を必要とすることになる。この場合、このような欠点は、特に２段階式の戻しばねを使用した場合に、つまり前噴射と主噴射とを行う噴射弁において大きく生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題をこのような公知の燃料噴射弁における欠点を取り除くことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決した本発明によれば、弁部材の弁シール面と弁座面との間で、下流側で座部縁部に続く環状ギャップが、噴射開口の流入開口と座部縁部との間の半径方向の環状の切欠によって拡大されており、該半径方向の環状の切欠が、弁部材の弁シール面の壁部に設けられていて、該半径方向の切欠が座部縁部に直接続いている。
【０００５】
【発明の効果】
本発明による燃料噴射弁は、前記公知のものに対して、弁部材のそれぞれの回転位置において、公差範囲でのシール面の表面非均一性が生じた場合でも、弁座面と弁部材との間の座部縁部において所定の接触ライン（シールライン）が得られるという利点を有している。これによって、弁部材が回転する際に公知の燃料噴射弁に対して、液圧式に作用する座部直径の著しく小さい差が生じる。しかも大量生産において、液圧式に有効な座部直径のばらつきは著しく小さい範囲内に維持される。この場合、座部縁部における確実に規定された接触ラインは、有利な形式で、半径方向の環状の切欠によって得られる。この切欠は、下流側で座部縁部に直接続いていて、弁部材の弁シール面に形成することができる。この切欠によって、座部縁部の領域におけるシール座部の外側での弁部材と弁体との接触を確実に避けることができる。何故ならば、切欠の下側で噴射開口に向かう方向での、弁部材と弁体との間の間隔が、可能な表面非扁平性よりも明らかに大きいからである。このような効果は、有利な形式で、従来技術のものよりも大きい、５゜までの当接角度差によって補助される。
【０００６】
弁部材と弁体との間の、臨界範囲内での大きい間隔によって、噴射弁の開放圧を後調節するためのコストは著しく低減される。この場合に、調節過程は、液圧式の調節過程の代わりに、力調節過程（例えば圧電式の力センサ）によって行うことができるので、調節過程は、簡単に自動化することができる。しかも、噴射弁の開放圧力のこのような形式の力調節によれば、調節過程が液圧なしで（油なしで）行われるので、コストが著しく低減されるという利点が得られる。この場合、切欠は有利な形式で湾曲された横断面を有する環状溝として形成されており、向き合う壁面に対する最大の間隔は中央の領域に設けられている。湾曲の曲率半径は、有利には０．２mm〜０．８mmの範囲内であって、切欠と、向き合う壁面との間の最大間隔は、有利には０．０１mm〜０．０５mmである。座部縁部と切欠若しくは座面と切欠との間の横断面移行部は、鋭角に形成されているか又は所定の曲率半径（０．１mm〜０．８mm）を有している。噴射開口のシールに影響を与えるために、及びひいては燃焼ガスが弁内部に逆流するのを避けるために、半径方向の切欠は、噴射開口の侵入開口に直接延びているのではなく、わずかな残りのウエブ領域によって、この侵入開口から分離されている。切欠の使用及びひいては、２段階式の開放ストロークを有する噴射弁の正確に規定されたシール縁部若しくは座部縁部は特に有利に作用する。何故ならばこのようなシール縁部若しくは座部縁部には、公知の燃料噴射弁の前記欠点が、噴射弁における貫流特性に著しく強い影響を与えるからである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例について詳しく説明する。
【０００８】
図１で断面して示した、内燃機関のための燃料噴射弁は、弁体３の孔１内で軸方向にガイドされた弁部材５を有しており、該弁部材５は、図示していない内燃機関の燃焼室内に突入する端部で、円錐形の弁シール面７を有しており、弁部材５は、該弁シール面７で弁体３の孔１の閉鎖した端部に設けられた円錐形の弁座面９と協働する。この弁座９から、燃料を供給しようとする内燃機関の燃焼室内に噴射開口１０が延びており、この場合、弁座領域の、より正確な構成が図２に示されている。次に図２を用いて説明する。
【０００９】
弁部材５は、弁座９とは反対側の端部がばね室１３内に突入している。該ばね室１３内には、２つの弁ばねが相前後して配置されており、これら２つの弁ばねは、弁部材５を弁座９に向かって閉鎖方向で負荷する。これら２つの弁ばねのうちの一方の弁ばね１５は、弁部材１５に常に当接しており、これに対して第２の弁ばね１７は、所定の送りストロークが経過してから弁部材５に作用するようになっているので、弁部材５の開放ストローク運動は、公知の形式で前噴射段階と主噴射段階とに分割されている。弁座９への燃料圧送は、噴射弁内に設けられた圧力ライン１９を介して行われる。この圧力ライン１９は、弁部材５のシャフトと、孔１の壁部との間に形成された圧力室２１内に開口しており、この圧力室２１は、弁座９まで延びている。
【００１０】
噴射弁の弁座領域の、本発明にとって重要な部分の構成を、図１の一部を拡大した図２を用いて説明する。
【００１１】
この実施例においては、弁部材５の円筒形のシャフトと円錐形の弁シール面７との間で、弁部材５に同様に円錐形の流入面２３が設けられており、該流入面２３は、円錐形の弁シール面７よりも小さい円錐形角度を有しているので、流入面２３と弁シール面７との間の移行部に、環状の座部縁部２５が形成されており、この座部縁部２５は、上流に隣接する圧力室２１をシールし、弁体３の弁座面９に当接している。弁座９と流入面２３との間の流入角度αは有利には約５５゜（図示せず）である。良好なシール座を得るために、円錐形の弁座面９の円錐形角度と、弁部材５における弁シール面７の円錐形角度とは、約５゜の当接角度差（若しくは座角差）を有している。座部縁部２５の規定した接触ラインのために、さらに、環状溝の形状の半径方向の環状の切欠２７が設けられており、この切欠２７は、下流側で座部縁部２５に直接続いていて、下流側に向けられた下側の端部２９で、噴射開口１０の流入開口の上流側に向けられた上端部３１に対して所定の間隔Ｘを有している。切欠２７はこの場合、０．２〜０．８mmの曲率半径で湾曲されており、向き合う壁面に対する最大間隔は、環状の切欠２７のほぼ中央領域に設けられている。切欠２７は図２の実施例では、弁部材５の弁シール面７の壁部に設けられており、この場合、座部縁部２５における横断面移行部は鋭角状に形成されている。選択的に、所定の曲率半径によって移行部を形成することも可能である。切欠の中央領域の最大ギャップ寸法は、約０．０１〜０．０６mmである。
【００１２】
本発明による燃料噴射弁は、圧力室２１内に流入する高圧燃料が弁部材５を戻し力に抗して弁座９から持ち上げるように働くので、噴射横断面は開放され、燃料は噴射開口１０を介して内燃機関の燃焼室内に達する。この場合、開放ストローク運動は、図示の噴射弁において、相前後して作動する２つの弁ばね１５，１７によって２段階に分割されるので、まず小さい開放横断面だけが開放制御され、この小さい開放横断面を介して前噴射量が噴射される。次いで、開放横断面の完全な開放制御後に主噴射量が噴射される。この場合、本発明に従って、下流側で座部縁部２５に続く横断面拡大部を設けたことによって、座部縁部２５に形成されたシール縁は、弁座面９及び／又は弁シール面７の表面非扁平性においても常に、規定された所定の接触ライン形状を有することが保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施例による噴射弁の縦断面図である。
【図２】 弁部材の弁シール面が半径方向の切欠内に設けられている、図１の一部を拡大した第１実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ 孔、 ３ 弁体、 ４ 中間円板、 ５ 弁部材、 ７ 弁シール面、 ８ 弁座、 ９ 弁座面、 １０ 噴射開口、 １１ スラスト部材、 １３ ばね室、 １５ 弁ばね、 １７ 第２の弁ばね、 １９ 圧力ライン、 ２１ 圧力室、 ２３ 流入面、 ２５ 座部縁部、 ２７ 切欠、 α 流入角度、 β 当接角度差、 ｘ 所定の角度

Claims (9)

1. 内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体（３）の孔（１）内で軸方向の摺動可能な弁部材（５）を備えており、該弁部材（５）は、内燃機関の燃焼室に向けられた端部で円錐形の弁シール面（７）を有していて、該弁シール面（７）で、弁体（３）の孔（１）の、燃焼室側の閉鎖した端部に設けられた円錐形の弁座面（９）と協働するようになっており、弁シール面（７）の円錐形角度と弁座面（９）の円錐形角度との間に当接角度差が存在し、この当接角度差によって、弁部材（５）と弁体（３）との間に環状の座部縁部（２５）が形成されていて、また下流側で座部縁部（２５）に続く弁座面（９）の領域内で少なくとも１つの噴射開口（１０）が設けられている形式のものにおいて、
   弁部材（５）の弁シール面（７）と弁座面（９）との間で、下流側で座部縁部（２５）に続く環状ギャップが、噴射開口（１０）の流入開口と座部縁部（２５）との間の半径方向の環状の切欠（２７）によって拡大されており、該半径方向の環状の切欠（２７）が、弁部材（５）の弁シール面（７）の壁部に設けられていて、該半径方向の切欠（２７）が座部縁部（２５）に直接続いていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射弁。
2. 弁部材（５）が弁座（９）に当接する際に、半径方向の切欠（２７）の、下流側に向けられた下側の端部（２９）が、噴射開口（１０）の流入開口の、上流側に向けられた上側の端部（３１）から最小間隔（ｘ）を有しており、これによって半径方向の切欠（２７）と噴射開口（１０）との間に、最小のギャップ寸法を有する環状ギャップ領域が存在する、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 半径方向の切欠（２７）が環状溝として構成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 座部縁部（２５）と切欠（２７）との間に形成された横断面移行部が鋭角に形成されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 座部縁部（２５）と切欠（２７）との間に形成された横断面移行部が所定の曲率半径を有している、請求項３記載の燃料噴射弁。
6. 環状溝状の切欠（２７）が湾曲された横断面形状を有していて、この横断面形状の、向き合う壁面からの中央の最大間隔（ｙ）が約０．０１〜０．０６mmである、請求項３記載の燃料噴射弁。
7. 円錐形の弁座面（９）と、弁部材（５）に形成された円錐形の弁シール面（７）との間の当接角度差（β）が最大で５゜である、請求項１記載の燃料噴射弁。
8. 弁シール面（７）の上流側で弁部材（５）に円錐形の流入面（２３）が設けられていて、該流入面（２３）の円錐角度が、円錐形の弁シール面（７）の円錐形角度よりも小さく形成されており、流入面（２３）と弁シール面（７）との間の移行部で弁部材（５）に座部縁部（２５）が形成されており、弁部材（５）の流入面（２３）と弁体（３）の弁座面（９）との間の流入角度（α）が４５゜〜６０゜の大きさである、請求項１記載の燃料噴射弁。
9. 弁部材（５）を弁座（９）に押しつける戻し力が２つの弁ばねによって生ぜしめられるようになっており、これら２つの弁ばねのうちの第１の弁ばね（１５）が弁部材（５）を常に負荷し、第２の弁ばね（１７）が、弁部材（５）の開放方向での送りストロークの終了後にこの弁部材（５）の作用する、請求項１記載の燃料噴射弁。

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